基于改航策略的空域流量管理研究

为减少危险天气下的航班延误现象,结合地面等待以及改航策略实施空域流量管理.将受危险天气影响的扇区视为流量约束区,根据扇区受危险天气影响的情况,以最小总延误成本为目标,流量约束扇区容量、起飞机场容量、流量约束扇区进入点的安全时间间隔为约束,建立基于改航策略的空域流量管理模型,并采用遗传算法对模型求解.通过算例进行仿真,仿真结果表明,基于改航策略的空域流量管理可以有效减少航班延误时间,提高航班运行的总体经济效益.     

多扇区管制移交间隔管理研究

针对区域管制多扇区移交间隔管理问题,以管制移交点为参考点,研究在容量限制下不同扇区之间管制移交的空中交通运行特征。在单扇区间隔管理问题的研究基础上,引入间隔向量概念,分析多扇区外围和内部两类移交点的间隔冲突和间隔调整方法,以调控时段内的延误控制为指标,建立区域管制移交间隔管理数学模型,并通过增量矩阵的使用提高算法运行效率。运算结果分析表明,该模型能较好地处理多扇区移交间隔管理问题中间隔值的变化。根据实际的运行数据计算得出各移交点间隔数值,可为管制员的辅助决策提供参考。     

机场航班延误优化模型

针对空中交通日益严重的航班延误,给出了一种机场航班延误优化模型.模型将机场的到达和出发视为密切相关的两个过程,考虑了具有连续航程的航班(到达和出发均由同一架飞机在当天顺序执行)及其到达和出发过程之间的相互影响.模型还充分考虑了机场容量、需求以及天气等因素的动态特性,在达到和出发过程之间实现流量分配的协同决策.在机场延误不可避免的情况下,该模型可以为管制员提供未来一段时间内的流量分配优化方案,尽量降低延误的后续影响.最后,结合中国某国际机场的实际数据,利用遗传算法对模型进行了验证,取得了很好的效果.     

基于管制移交的多机场终端区离港航班时刻优化

针对多机场终端区飞行流量大,空域资源紧张的现状,结合基于航迹运行理论,提出基于管制移交间隔优化离港航班时刻的模型。模型以时刻调整成本最小化为目标,使离港航班在出港点处能够建立符合移交条件的纵向间隔,使用遗传算法求解,利用北京终端区下辖三座机场的历史运行数据验证模型的适用性。结果表明,优化后的时刻可使98.15%的离港航班在出港点处建立符合移交条件的间隔,有效降低了因不满足移交间隔造成的飞行冲突,提高了航班流的有序性。     

基于优先级的航班到达调度算法

随着空中交通流量的迅猛增长,终端区空中交通拥堵以及由此导致的航班延误现象日益突出,甚至危及航空安全,航运效益也随之受到巨大的损失。作为终端区流量管理的核心,航班到达调度旨在为终端区待着陆的航班安排合理的着陆顺序和降落时刻,在确保安全的前提下提高进港航班运行效率。基于优先级思想,文章提出了PBSA和PBSA-CPS两种航班到达调度算法,并引入约束位置交换概念,以提高调度结果对于管制员的可操作特性。最后以首都机场为例进行了仿真,并与现行的先到先服务算法FCFS进行了对比。仿真结果表明,通过对航班赋予相应的优先级,有助于优化调配到达航班队列的降落时隙分配结果,提高终端区运行效率,减少延误损失。     

多跑道进离港地面等待问题建模及协同优化

针对多跑道机场起降航班难以进行跑道合理分配,尤其是混合跑道的使用问题,以降低航班延误损失为目标,提出一种基于跑道的航班优先系数计算策略,建立了一种多跑道进离港地面等待问题优化模型,并实现进离港队列延误费用的合理分配.同时,设计了一种启发式局部搜索算子并嵌入遗传算法,形成一种混合遗传算法对问题模型求解.通过对代表性算例的计算,结果表明,所提出的模型及算法不仅可以减少航班的延误损失,还可以显著优化延误损失在进离港队列之间的合理分配.     

多元受限地面等待策略建模与分析

为了缓解航班大批量延误问题,综合考虑了恶劣天气下对航路扇区容量和目的机场容量约束,建立了以最小化延误总成本的多机场地面等待策略模型,并对航班延误成本进行了系统的研究分析,着重考虑了延误对航空公司的经济影响,指出延误成本与延误时间的指数型增长关系和连程航班的延误累积效应.利用CPLEX优化软件对多机场地面等待模型进行精确求解,根据目的机场接收率的动态变化以及不同航班单位时间延迟费用的不同,对航班的地面延误时间优化.仿真验证了其可行性,算法可求出符合各容量约束条件的满意实时解.     

基于灰色重力模型的终端区空域流量分布预测

针对终端区空域航路飞机流量分布,给出灰色-重力模型组合预测方法.利用灰色GM(1,1)建模预测终端区内机场及管制移交点航班架次,在此基础上,采用双约束重力模型将航班架次分配至各条进、离场航路,得到空域飞机流量分布.以上海终端区空域为例,对该方法进行了实证分析研究.     

基于交叉点复杂度的空域通行能力优化方法

为解决空域拥挤导致通行能力下降的问题,提出了一种考虑交叉点复杂度的通行能力优化方法。首先,分析了实际民航运行中存在的痛点和难点,以及以往有关通行能力的研究缺少交叉点建模、管制员负荷测量困难和求解时间复杂度高的缺陷;第二,从高度层、交叉点和航班运行三个方面提出了空域的数学抽象方法,并根据节点的交叉数对空域的数学模型进行简化,剔除了没有交叉的导航台点,降低了空中交通网络抽象后节点矩阵稀疏的问题;第三,分析了交叉点对于通行能力的影响主要在于流量和交叉数两个方面,以这两个方面建立了交叉点的费用函数;第四,以延误最小为目标,以流量平衡、扇区和航路容量、流控容量和非负整数作为约束,建立了通行能力优化模型;第五,分析并指出存在负容差的空中交通网络更容易发生延误,并根据网络延误的特性提出了一种考虑延误反向传播的迭代算法。最后,以华北地区空域为例,从不同流控等级下的延误时间、受影响的航班数和算法计算时间三方面进行仿真。结果表明,模型和算法平均能降低33.58%的延误,且通过合理地分配改航、调时和调减最大程度减少延误。     

延误航班地面等待成本计算模型

分析了延误航班地面等待成本差异产生的原因,结合航班实际运行情况,构建不同供电模式下、不同旅客等待环境下的航班地面等待成本模型.以A320和B747主流运输机型为例,讨论了航班地面等待时使用机载APU（Auxiliary Power Unit）和桥载设备提供电源和气源的成本变化,以及模型中各子成本比例的变化趋势;分析了旅客在候机楼和客舱等待时延误成本差异,以及不同机型使用桥载设备的成本优化.仿真结果表明,延误航班地面等待时使用桥载设备比APU更经济,能有效地推迟为降低延误成本而卸客的时间.根据等待时间合理地安排旅客等待环境,选择经济的桥载设备对优化延误航班的地面等待成本有重要意义.     

Handover improvement based on cost function and user fairness for cellular relay enhanced LTE networks

In order to optimize handover target selection and achieve better handover performance in cellular relay networks under the long term evolution (LTE) system,a novel handover measurement and decision scheme based on cost function is proposed in the paper.The relay-enhanced network provides user equipment (UE) multiple handover choices from neighbor base stations or relays.This may result in different overhead,resource utility and traffic load which attaches importance to proper handover schemes.Compared with traditional handover measurement and decision schemes,the proposed scheme adopts reference signal receiving quality (RSRQ) in the measurement stage and uses a modified signal cost function considering signal overhead in different handover types and expected long-term throughput of UE.Besides,UE fairness and sector resource utilization are taken into account as well.Theory analysis and simulation results prove that the proposed scheme can enhance cell throughput,decrease handover delay and signal overhead,and improve UE fairness.     

考虑机场、航空公司与空管需求的机场群离场航班时刻优化

随着我国航空流量的不断增加,机场群内航班延误时间长、延误架次多、机场时刻紧张等问题逐渐暴露,这些问题主要是航班时刻设置不合理所导致。为解决这些问题,需要对机场群内航班时刻进行优化。本文通过从机场、航空公司、空管三个角度综合考虑,分别以延误时间、航空公司航班时刻调整总方差、管制员总调整量作为优化目标,建立了机场群航班时刻优化模型,并使用权重线性递减的粒子群优化算法实现对模型的求解。以京津冀机场群为例进行分析,使用Matlab对模型进行寻优。结果表明优化后机场群内总延误时间由77 580分钟至46 260分钟,航空公司航班时刻调整总方差由447.076减少至63.141,管制员总调整量由467 次减少至253 次,三个目标均得到了优化。可见该模型权衡了机场、航空公司与空管之间的公平性,为机场群航班时刻的优化提供了理论参考。     

基于Delauany三角形的分时段区域管制扇区划分

根据空域和流量状况划分扇区是提高空域容量、改善空域拥挤和减小管制员工作负荷的有效手段。航班数量的不断增加,使得管制员的工作负荷也随之加大,为降低管制员的工作负荷需要研究扇区动态划分。首先对高空区域管制扇区内各航路点一段时期的每天相同时段的飞行流量进行分析,以航路点建立Delauany三角形,按照各时段飞行流量的不同对Delauany三角形进行加权,随后通过聚类分析生成了加权的Voronoi图,然后采用改进的哈夫曼编码理论对扇区进行了合并给出划分方案。最后结合厦门管制扇区数据进行算例分析验证了所提出方法的可行性。     

基于网络流的多管制扇区通行能力

管制扇区间的通行能力问题通常是基于管制员的极限工作负荷、各种动态因素或者特殊航路点、航路交叉点的通行能力达到最优的情况进行研究,缺少对多扇区网络的整体地评估与计算。为了解决该问题,本文根据有向图理论以扇区为节点,以连接扇区的航路航线为边建立多扇区网络模型,选取华北飞行情报区的部分扇区进行仿真。首先,通过最大流算法求解出该网络模型的最大流为76.7架/h。其次,根据网络流仿真结果计算出各条边、各个节点的流容比,通过比较分析得出限制扇区网络通行能力的繁忙航路以及繁忙扇区。最后,通过灵敏度分析计算删除不同节点后网络模型的通行能力的变化,进而为扇区通行能力的优化提供了建议和参考。     

空域扇区运行状态评估

目前,对扇区拥挤的研究主要采用容量、流量作为指标的评估方法,描述小时时段的流量分布情况,由于选择颗粒度较大,难以准确把握交通流的运行特征,在短时期内出现变化时,不能很好地描述扇区运行状况,因此,提出了更详细的划分方法,对扇区容量进一步说明,定义了流容比因子,以15 min为研究区间,对扇区运行状态进行评估,经过厦门1号扇区的试用,取得了很好的效果。     

多机场网络效应在地面等待策略中的应用

在多机场地面等待策略中,对多机场延迟的网络效应进行研究.将其以约束条件的方式加入到运算模型当中,对模型进行优化,并设计启发式算法对模型进行求解.多机场地面等待的网络效应主要体现于航班延迟在多机场网络中传递,该效应在枢纽机场尤其严重.通过对延迟时间中各时间要素进行分析,并得出新的约束条件对模型进行优化.优化后应用于真实算例的求解.求解结果显示:模型更真实地反映了多机场地面等待问题的实际情况,模型的求解为航班调整提供了依据.调整后的航班总延迟时间段数目减少,而航班总运行成本降低,达到了提高运行效率的目的.     

管制空域复杂网络模型构建及抗毁性分析

为分析现有管制空域的结构特性与面对多种真实情况下的抗毁性,从空中交通管制的角度出发,以管制空域的最小单位扇区为基础,构建复杂网络模型,并以介数、紧密中心性等拓扑特性参数计算方法筛选关键扇区,以聚类系数、度、度分布等参数来反映空域内部的连接情况。通过4种能反映不同真实情况的攻击策略对模型进行抗毁性测试。最终结果显示：扇区网络在维持扇区连接结构上表现出较好的抗毁性,而在维持网络运行效率和保障航空器通行能力上抗毁性不佳。     

飞行计划集中处理的流量瓶颈点的识别与优化

为建设全国级的空中交通流量管理系统提供智力支持,将飞行计划集中处理这一手段,运用于预战术飞行流量管理阶段的流量管理方法和技术的研究之中,提供了一条新的研究思路。首先,利用过点时间预测算法计算过点时间,并根据过点时间统计出关键航路点的流量预测值;接下来,通过航路点容量模型识别航路上飞行流量大于容量的航路点,即流量瓶颈点;然后,通过多机场地面等待模型并利用各种流量管理手段来减少瓶颈点的飞行流量,消除飞行流量瓶颈点,最终达到缓解空域拥堵、减少飞行冲突的目的;最后,通过算例仿真的结果可以发现：流量预测方法能够反映流量变化的趋势,瓶颈点识别与优化方法能够当容量限制时很好的缓解航路拥挤,同时此两种方法都是切实可行和有效的。